Устройство для электростатической очистки технического масла
Заявляемая полезная модель относится к системам электростатической очистки диэлектрических жидкостей от загрязнения микрочастицами, может использоваться для электростатической очистки технического масла от твердых или жидких микрочастиц и микрокапель. Основное применение устройства - в энергетике в системах очистки технического масла, в частности, масла для газоперекачивающих турбин. Заявляемый полезная модель позволяет более эффективно по сравнению с другими конструкциями производить очистку масла от загрязняющих частиц. Конструкция полезной модели оптимизирована для работы с электростатическими фильтрами с параметрами: Устройство для электростатической очистки технического масла от загрязняющих частиц, состоящее из электростатического фильтра, выполненного в виде четырех вложенных коаксиальных цилиндров с зазором между электродами 30 мм, в зазоры заполнены гофрированной фильтровальной бумагой в два слоя, наружный диаметр электростатического фильтра равен 250 мм, высота фильтра от 350 до 400 мм, металлического бака цилиндрической формы, внутри которого размещен электростатический фильтр, оси бака и электростатического фильтра совпадают, электростатический фильтр помещен в бак с зазором между стенкой бака и наружной поверхностью фильтра, крышки бака, патрубков ввода и вывода масла, расположенных внизу и вверху бака соответственно, а также гравитационного отстойника крупных частиц, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ ТЕМ, что ось патрубка ввода масла расположена в плоскости, проходящей через ось электростатического фильтра и центр входного патрубка при его пересечении со стенкой бака, угол наклона патрубка выбран равным 10° относительно нормали к оси фильтра, причем нижняя часть патрубка внутри бака расположена выше нижней части патрубка при его пересечении со стенкой бака; диаметр входного патрубка выбран равным 25 мм, длина нижней поверхности входного патрубка внутри бака от внутренней стенки до конца патрубка выбрана равной 10 мм; выходное отверстие входного патрубка в баке выполнено скошенным с углом наклона приблизительно равным 37 относительно оси патрубка в плоскости, проходящей через ось патрубка и ось фильтра, причем верхняя часть скошенной поверхности соприкасается с внутренней поверхностью бака, нижняя часть скошенной поверхности пересекает выходное отверстие патрубка по диаметру в плоскости, перпендикулярной оси фильтра; гравитационный отстойник выполнен в виде конуса с углом 30° относительно нормали к оси бака; отстойник снабжен краном слива внизу конуса; верхний край конуса находится ниже входного патрубка. Согласно проведенному исследованию, заявляемая полезная модель позволяет производить очистку масла, как минимум, на 18% быстрее, чем при использовании других конструкций.
Устройство относится к системам электростатической очистки диэлектрических жидкостей от загрязнения микрочастицами, может использоваться для электростатической очистки технического масла от твердых или жидких микрочастиц и микрокапель. Основное применение устройства - в энергетике в системах очистки технического масла, в частности, масла для газоперекачивающих турбин.
Электростатические фильтры широко используются в технике для очистки газов и жидкостей от микрочастиц. В большинстве случаев электроды электростатического фильтра расположены параллельно потоку фильтруемой жидкости или газа, как например в устройстве «Электростатический фильтр для очистки воздуха от пыли и запахов» (патент на полезную модель 
52577 РФ, В03С 3/08) или направление потока относительно электродов строго не задается, как например в устройстве «Электростатический фильтр для двигателя внутреннего сгорания» (пат. 2062888, РФ, F01M 1/10, B01D 35/06, F16N 39/06). Электроды электростатического фильтра могут иметь цилиндрическую форму, а промежуток между электродами заполнен гофрированной фильтровальной бумагой, как например в патенте 5501783, USA, B01D 35/06 или электроды спиралеобразной формы, как например в пат. 7744379 B1, USA, B01D 35/06. Конструкция электростатического фильтра может состоять из нескольких слоев, в частности, из слоев, расположенных друг над другом в виде цилиндра, как например в пат. 8021523 В2, USA, C02F 1/48. Для всех указанных патентов конструкция ввода очищаемой жидкости или газа в электростатический фильтр непосредственно не связана с параметрами фильтра - геометрическими размерами и величиной сопротивления течения фильтра. Конструкция отстойника для удаления крупнодисперсной фракции загрязняющих частиц в указанных патентах не приводится.
За прототип заявляемого устройства принято устройство, описанное в патенте 2206513 С1, РФ (Способ очистки воды от жидких нефтепродуктов и устройство для его осуществления / Пат. 2206513 С1, РФ, C02F 1/40). Формула изобретения прототипа следующая.
1. Способ очистки воды от жидких нефтепродуктов, включающей ее подогрев, обработку в центробежном поле при движении потока воды по спирали с последующем снижением угловой и вертикальной составляющих скорости и стабилизацией потока в горизонтальной плоскости до медленно вращающегося в гравитационном отстойнике - нефтесборнике ламинарного потока, отстой в поле гравитационных сил, фильтрацию в направлении сверху вниз при ламинарном режиме течения потока воды в кассете с гранулированным наполнителем, повторный гравитационный отстой и окончательную фильтрацию в гранулированном наполнителе мелкой фракции с олеофильными свойствами, отличающейся тем, что обработку в центробежном поле осуществляют двумя ступенями, в первой из которых поток воды направляют по спирали в горизонтальной плоскости, а во второй - по спирали снизу вверх при угловой скорости вращения потока воды до 30000 об/мин, подогрев воды производят после отстоя в поле гравитационных сил, фильтрацию в кассете осуществляют при воздействии электрического потенциала малого напряжения, а повторный гравитационный отстой осуществляют под действием электростатического поля, в котором вектор напряженности поля направлен встречно вектору скорости потока воды.
2. Способ по п.1, отличающейся тем, что при очистке воды от тяжелых фракций нефтепродуктов подогрев воды производят до 60-80°С, а легких фракций - 35-40°С.
3. Способ по п.1, отличающейся тем, что осуществляют предварительный нагрев очищаемой воды до 60-80°С.
4. Нефтеводяной центробежно-фильтрующий сепаратор, содержащий корпус с днищем и крышкой, патрубки подвода очищаемой воды, подачи промывочной воды и продувочного воздуха, патрубки удаления очищенной воды, нефтепродуктов и грязи, подогреватель, узел центробежной обработки, верхний гравитационный отстойник-нефтесборник, кассету с крупным гранулированным наполнителем в виде термически закаленных шариков, расположенную во внутреннем объеме корпуса и ограниченную сетками, нижний гравитационный отстойник, гранулированный наполнитель мелкой фракции с олеофильными свойствами, размещенный на перфорированном диске, отличающийся тем, что узел центробежной обработки выполнен из двух ступеней, первая из которых выполнена в виде горизонтально расположенного гидроциклона, а вторая в виде вертикально расположенного по оси корпуса гидроциклона, установленного в трубе для гашения скорости потока, закрепленной в корпусе посредством радиальных ребер, нижняя часть которой выполнена в виде колпака-грязесборника крупнодисперсной фракции, а на верхней ее части установлено неподвижное центробежное колесо с диском-отбойником и диском-стабилизатором, скрепленными между собой вертикальными тонкостенными радиально-спиральными направляющими, при этом подогреватель расположен в верхней части корпуса и выполнен плоским или многоярусным, к сеткам кассеты подведен электрический потенциал малого напряжения, под кассетой в нижнем гравитационном отстойнике установлен рекуператор в виде спирального электрода или сетки, к которым подведен электрический потенциал малого напряжения полярности, противоположной полярности сеток кассеты, при этом сепаратор снабжен фильтрующими элементами, расположенными над отверстиями перфорированного диска.
5. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что подогреватель выполнен трубчатым.
6. Сепаратор по п.4, отличающейся тем, что подогреватель выполнен спиральным.
7. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что подогреватель выполнен в виде электрических нагревательных элементов.
8. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что патрубок удаления очищенной воды снабжен конусом.
9. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что патрубок удаления очищенной воды снабжен коллектором в виде разветвленной в горизонтальной плоскости системы труб с отверстиями в нижней части труб, снабженными фильтрующими элементами.
10. Сепаратор по п.4, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной в разделительном диске и расположенной в трубе для гашения скорости потока батареей дополнительных аналогичных гидроциклонов с тангенциальными питательными соплами, расположенными под разделительным диском, при этом над гидроциклонами установлены цилиндроконические патрубки стабилизации потоков, над диском выполнен мелкодисперсный грязесборник, а под диском выполнена раздаточная камера очищаемой воды, тангенциально с которой соединен патрубок подвода очищаемой воды из первой ступени центробежной обработки.
11. Сепаратор по п.10, отличающейся тем, что питательные сопла расположены под углом к оси гидроциклона равномерно по периметру цилиндрической части в один или несколько рядов.
12. Сепаратор по одному из пп.4 и 9, отличающейся тем, что каждый фильтрующей элемент выполнен в виде цилиндрического колпачка с продольными щелями и резьбой на цилиндрической поверхности, в канавках которой с зазором между витками, равным 4/5-5/6 диаметра шарика гранулированного наполнителя, намотана проволока, концы которой жестко соединены с колпачком.
13. Сепаратор по п.4, отличающейся тем, что шарики гранулированного наполнителя выполнены термонапряженными.
Наиболее важными признаками прототипа для сопоставления с заявляемым устройством являются: наличие гравитационных отстойников и наличие питающих сопел, расположенных по углом к оси гидроциклона. Каждый гидроциклон конструкции прототипа может содержать цилиндроконический корпус с тангенциальными питательными соплами, расположенными под углом к оси гидроциклона равномерно по периметру цилиндрической части. Количество питательных сопел в гидроциклоне может быть одно или несколько, размешанных под углом 180, 120, 90 или 60° относительно друг друга в одной или нескольких плоскостях вдоль оси цилиндрической части. Над гидроциклонами батареи прототипа размещены цилиндроконические патрубки стабилизации потоков. Каждое сопло гидроциклона имеет коническую и суженную части. Суженная часть сопла сопрягается с цилиндрической частью гидроциклона по касательной к окружности под углом 
таким образом, что за один оборот струя воды из сопла круглой или прямоугольной формы перемещается по спирали вдоль оси на расстояние, равное диаметру или ширине сопла.
Таким образом, в прототипе угол ввода потока связан с геометрическими размерами сопла.
Недостатками прототипа при его использовании для очистки технического масла являются:
1. Оптимизация конструкции устройства для очистки воды, которая по сравнению с турбинным маслом обладает меньшей вязкостью, соответственно меньшим сопротивлением течению, как следствие - потенциально меньшей производительностью
2. Загрязненная вода является плохим диэлектриком, поэтому в конструкции электростатического фильтра прототипа не предусмотрена работа в условиях высокой напряженности электрического поля, что возможно при использовании масла
3. Угол наклона сопел относительно элементов конструкции электростатических фильтров не связана с параметрами фильтра - диаметром цилиндрических электродов, зазором между электродами и материалом фильтра, расположенного между электродами. Поэтому при проектировании фильтра для турбинного масла конструкция может быть усовершенствована для достижения большей производительности
4. Конструкция гравитационного отстойника обусловлена скоростью движения потока в конкретной конструкции; уменьшение геометрических размеров всей системы очистки потребует изменения конструкции гравитационных отстойников. При электростатической очистке турбинного масла габариты всего устройства могут быть уменьшены, соответственно конструктивные параметры гравитационного отстойника могут быть оптимизированы для улучшения качества работы и уменьшения габаритов устройства.
Целью заявляемого устройства является увеличение производительности очистки масла и уменьшение габаритов устройства.
Поставленная цель достигается тем, что
ось патрубка ввода масла расположена в плоскости, проходящей через ось электростатического фильтра и центр входного патрубка при его пересечении со стенкой бака, угол наклона патрубка выбран равным 10° относительно нормали к оси фильтра, причем нижняя часть патрубка внутри бака расположена выше нижней части патрубка при его пересечении со стенкой бака;
диаметр входного патрубка выбран равным 25 мм, длина нижней поверхности входного патрубка внутри бака от внутренней стенки до конца патрубка выбрана равной 10 мм;
выходное отверстие входного патрубка в баке выполнено скошенным с углом наклона равным 37° относительно оси патрубка в плоскости, проходящей через ось патрубка и ось фильтра, причем верхняя часть скошенной поверхности соприкасается с внутренней поверхностью бака, нижняя часть скошенной поверхности пересекает выходное отверстие патрубка по диаметру в плоскости, перпендикулярной оси фильтра;
гравитационный отстойник выполнен в виде конуса с углом 30° относительно нормали к оси бака; отстойник снабжен краном слива внизу конуса; верхний край конуса находится ниже уровня входного патрубка.
Конструкция устройства и принцип действия поясняется 15-ю фигурами: фиг.1 -конструкция заявляемого устройства, фиг.2 - первоначальная конструкция, требующая оптимизации параметров устройства, с указанием положения сечений для которых был выполнен расчет скорости течения масла, фиг.3 - расчетный модуль скорости во входном сечении для первоначальной конструкции, фиг.4 - расчетный модуль скорости для четырех различных сечений (А-А, В-В, С-С, D-D) для первоначальной конструкции, фиг.5 - картина линий тока вблизи входа, фиг.6 - заявляемая конструкция устройства, с указанием положения сечений для которых был выполнен расчет скорости течения масла, фиг.7 - расчетный модуль скорости во входном сечении для двух усовершенствованных конструкций, фиг.8 - расчетный модуль скорости для двух усовершенствованных конструкций в сечении А-А, фиг.9 - расчетный модуль скорости для двух усовершенствованных конструкций в сечении В-В, фиг.10 - расчетный модуль скорости для двух усовершенствованных конструкций в сечении С-С, фиг.11 - расчетный модуль скорости для двух усовершенствованных конструкций в сечении D-D, фиг.12 - расчетный модуль скорости для двух усовершенствованных конструкций в выходном сечении, фиг.13 - картина линий тока для двух усовершенствованных конструкций, фиг.14 - поле вертикальной компоненты скорости в поперечном сечении и поле давления во входном сечении для заявляемой полезной модели, фиг.15 - зависимость изменения величины светорассеяния масла в процессе очистки.
Обозначения на рисунках: 1 - корпус бака очистителя, 2 - электростатический фильтр, 3 - патрубок ввода, 4 - патрубок выхода, 5 - отстойник крупных частиц, 6 - сливное отверстие; 7-10 визуализированные значения расчетного модуля скорости для первоначальной конструкции для сечений А-А, В-В, С-С и D-D соответственно, 11 - 22 - визуализированные значения расчетного модуля скорости для усовершенствованных конструкций во входном сечении: 11, 13, 15, 17, 19, 21 - для заявляемой полезной модели, 12,14, 16, 18, 20, 22 - для конструкции, близкой к прототипу, 11, 12 - во входном сечении, 13, 14 - в сечении А-А, 15, 16 - в сечении В-В, 17, 18 - в сечении С-С, 19, 20 - в сечении D-D, 21, 22 - в выходном сечении; 23 - картина линий тока масла для заявляемой модели, 24 - картина линий тока для конструкции, близкой к конструкции прототипа, 25 - поле вертикальной компоненты скорости в поперечном сечении для заявляемой полезной модели, 26 - поле давления во входном сечении для заявляемой полезной модели; 27 - зависимость изменения величины светорассеяния масла в процессе очистки при использовании первоначальной конструкции, 28 - зависимость изменения величины светорассеяния масла в процессе очистки при использовании заявляемой модели.
Заявляемая полезная модель состоит (фиг.1) из бака, электростатического фильтра, выполненного в виде четырехслойного коаксиального цилиндра, содержащего цилиндрические электроды, формирующие электростатическое поле в зазорах между электродами, входного и выходного патрубков, расположенных внизу и вверху бака соответственно, входной патрубок имеет угол наклона 10° относительно нормали к оси фильтра, причем нижняя часть патрубка внутри бака расположена выше нижней части патрубка при его пересечении со стенкой бака; диаметр входного патрубка выбран равным 25 мм, длина нижней поверхности входного патрубка внутри бака от внутренней стенки до конца патрубка выбрана равной 10 мм; выходное отверстие входного патрубка в баке выполнено скошенным с углом наклона приблизительно равным 37° относительно оси патрубка в плоскости, проходящей через ось патрубка и ось фильтра, причем верхняя часть скошенной поверхности соприкасается с внутренней поверхностью бака, нижняя часть скошенной поверхности пересекает выходное отверстие патрубка по диаметру в плоскости, перпендикулярной оси фильтра; гравитационного отстойника крупных частиц, выполненного в виде конуса с углом 30° относительно плоскости, перпендикулярной оси электростатического фильтра, а также сливного отверстия, расположенного внизу конуса отстойника. Бак снабжен крышкой и электрическими выводами для электропитания электростатических фильтров. Электростатический фильтр и бак имеют цилиндрическую форму, электростатический фильтр расположен внутри бака так, что ось бака и ось фильтра совпадают. Диаметр наружной поверхности фильтра выбран меньше внутреннего диаметра бака на 1-2 мм. Бак выполнен металлическим с толщиной стенок 3-5 мм для обеспечения механической прочности и электробезопасности конструкции. Зазор между электродами в элекостатическом фильтре заполнен гофрированной бумагой в два слоя с шагом гофра 15-50 мм. Наружный диаметр электростатического фильтра равен 250 мм, высота фильтра от 350 до 400 мм.
Принцип действия устройства следующий. Известно, что для любого электростатического фильтра имеется некоторая оптимальная линейная скорость прохождения масла через фильтроэлемент. Так как частицы с размерами более 5 микрометров легко задерживаются любым механическим фильтром, наибольший интерес представляет оптимизация течения масла в электростатическом фильтре для достижения наиболее эффективной очистки от загрязнений мелкими частицами - с размерами менее 5 мкм. Наличие оптимальной скорости течения обусловлено следующими причинами. Если скорость течения больше оптимальной, то частицы не успевают подойти к стенке электростатического фильтра и закрепиться на ней. Следовательно, задержаны будут не все загрязняющие частицы. Масло будет очищено лишь частично, то есть будет иметь место неэффективная очистка. Можно сказать, что фильтр «недоочищает». Если скорость течения масла меньше оптимальной, то снижается количество очищенного масла в единицу времени, т.е. уменьшается эффективность работы фильтра и возникают лишние энергозатраты.
Оптимальная скорость течения обусловлена физическими процессами в электростатическом фильтре и зависит от большого количества факторов, в частности, от поперечной направлению движения потока скорости движение частиц примеси под воздействием поля и их прилипания на бумажных стенках фильтроэлемента. Шаг гофра бумаги, заполняющей зазор между электродами, может влиять на производительность очистки, но не оказывает на существенного влияния величину оптимальной скорости течения масла. Величина оптимальной скорости зависит также от эффективности прилипания и отлипания частиц и может зависеть от проводимости частиц и их диэлектрической проницаемости. Оптимальную скорость можно определить экспериментально.
Из вышеизложенного следует, что геометрические параметры входного патрубка, оптимальные для гравитационных устройств очистки, в частности, прототипа, не являются оптимальными для электростатических фильтров.
Из условий однородности поля по всему фильтроэлементу и изотропности процесса очистки в каждой его части следует, что необходимо равномерное движение потока по всему объему фильтра с оптимальной скоростью. Этой оптимальной линейной скорости соответствует оптимальный объемный поток в единицу времени (V/мин). Для электростатического фильтра, параметры которого приведены выше, эта величина составляет 10 л/мин. Указанное значение дано на основании литературных данных, в частности, исходя из конструкции аналога заявляемой модели (Пат. США 5501783), а также на основании проведенных экспериментальных исследований, описанных ниже. Скорость течения масла в подводящем и отводящем трубопроводах, а также внутри фильтра можно отрегулировать подбором давления масла при прокачке. Поэтому основной задачей для достижения максимальной производительности очистки является создание конструкции, в которой обеспечивается пространственная равномерность скорости течения масла в электростатическом фильтре.
Оптимизация конструкции системы электростатической очистки осуществлялась методом численного моделирования. Конструкция электростатического фильтра была задана в виде четырехслойного цилиндра с наружным диаметром 250 мм, расстоянием между электродами - 30 мм, высотой фильтра - от 350 до 400 мм. Исходные данные для расчетов: входной расход - 0.1517 кг/с, плотность масла - 910 кг/м3, кинематическая вязкость масла - 3.5·10 -6 м2/с, температура - 27°С, модель - 2-й порядок точности по пространству, расчетная сетка - 4.9 млн. ячеек. Примеры результатов расчета модуля скорости для различных сечений приведены на фиг.3-4, а картины линий тока масла вблизи входа - на фиг.5. Моделирование потока в существующей (требующей оптимизации) геометрии фильтра показало, что скорости потока в разных сечениях фильтроэлемента отличаются более чем в 5 раз. Усреднив все скорости по сечению фильтра можно утверждать, что примерно 40% объема масла, проходящего через фильтроэлемент имеет скорость в два раза превышающую оптимальную, соответственно 60% потока проходит с меньшей чем оптимальное значение скоростью. В предположении, что эффективность очистки по пути следования масла через фильтроэлемент линейна, оказывается, что 20% проходящего через фильтр масла не очищается.
Были выполнены расчеты скорости течения масла при двух других условиях ввода потока масла в бак фильтра: при угле наклона вводного патрубка от 0° до 20° относительно плоскости, проходящей через ось патрубка и ось электростатического фильтра и направленного по нормали к поверхности электростатического фильтра в плоскости, перпендикулярной оси электростатического фильтра, что, в частности, соответствует заявляемой конструкции при угле ввода 10°, а также при угле наклона вводного патрубка 15° относительно плоскости, проходящей через ось патрубка и ось электростатического фильтра и под углом 15° относительно касательной к поверхности бака в плоскости, перпендикулярной оси электростатического фильтра, что приблизительно соответствует направлению сопел в прототипе. Расчет выполнялся численным методом. Исходные данные для расчета: входной расход - 0.1517 кг/с, плотность - 910 кг/м3 , кинематическая вязкость - 3.5·10-5 м2 /с, температура - 27°С, модель - 2-й порядок точности по пространству, расчетная сетка - 5.1 млн. ячеек.
Схематичное изображение конструкции устройств, для которых производился расчет скорости течения масла, приведено на фиг.6. На фигурах 7-13 приведены результаты расчетов модуля скорости течения масла в различных сечениях. Как следует из представленных изображений, для заявляемой конструкции (на фиг.7-13 слева) равномерность течения достигается раньше, чем при использовании иной конструкции. Визуализированное представление поля вертикальной компоненты скорости в поперечном сечении и поля давления во входном сечении для заявляемой полезной модели представлены на фиг.14. Из фиг.14 следует, что заявляемая конструкция устройства позволяет получить высокую степень равномерности течения масла в электростатическом фильтре.
Выполненная численная оптимизация геометрии фильтра, изменение углов ввода масла в бак, показала, что в заявляемой геометрии неоднородность потока по скорости не должна превышать 5%, что должно привести к увеличению эффективности работы фильтра не менее чем на 18%.
На основании моделирования были установлены следующие закономерности. При уменьшении угла наклона патрубка ввода с 10° до 0° (т.е. до нормали к оси фильтра) происходило уменьшение скорости течения масла в периферийных цилиндрах электростатического фильтра, а увеличение угла - к уменьшению скорости течения центральных цилиндров. Аналогичные эффекты имели место при изменении угла скоса входного патрубка внутри бака. При уменьшении угла скоса увеличивалась скорость тока масла в центральных цилиндрах, а при увеличении - увеличивалась скорость течения в периферийных цилиндрах. При увеличении диаметра входного патрубка снижалась входная скорость тока масла, что приводило к увеличению скорости течения масла через периферийные цилиндры. Таким образом, при изменении расположения или параметров входного патрубка по сравнению с заявляемой конструкцией, согласно расчетам, имело место увеличение неравномерности течения масла через электростатический фильтр, соответственно, уменьшение эффективности очистки масла. То есть, методом численного моделирования были подобраны оптимальные размеры и взаимное расположение элементов системы для электростатической очистки масла.
Угол конуса гравитационного отстойника крупных частиц (30°) оптимизирован для работы с заявляемой конструкцией устройства. При увеличении угла конуса отстойника увеличиваются габариты и вес всего устройства. То есть устройство становится менее компактным. На изготовление устройства потребуется большее количество материалов, что приведет к увеличению стоимости устройства. При уменьшении угла конуса по сравнению с заявляемым увеличивается количество частиц, захватываемых потоком масла, что снижает эффективность работы гравитационного фильтра.
Заявляемая конструкция устройства была опробована на экспериментальной модели. Экспериментальное подтверждение увеличения эффективности можно проследить по рис.15, отображающему изменение светорассеяния в масле в процессе его очистки. В одинаковых условиях проверялись две конструкции: представленная на фиг.2 (требующая оптимизации) и на фиг.7, соответствующая заявляемой полезной модели. Масло, требующее очистки, заливалось в специальный бак, откуда насосом прокачивалось через электростатический фильтр. Очищенное масло снова возвращалось в специальный бак. Для оценки эффективности очистки, в масло был добавлен одинаковый набор известной примеси в одинаковом количестве. Скорость прокачки масла через бак электростатического фильтра были одинаковые. Измерение светорассеяния производилось фотоэлектронным умножителем, регистрировавшим рассеянное излучения, возникающее в кювете с прозрачными окнами, включенной в маслопровод после прохождения электростатического фильтра при освещении лазерным пучком. Полученная зависимость изменения светорассеяния приведена на фиг.15. Как следует из результатов измерений, при использовании заявляемой конструкции, уменьшение светорассеяния в масле до уровня 0,5 от первоначального происходит в 1,4 раза быстрее, чем при использовании конструкции, приведенной на фиг.2. При длительной очистке (для рассматриваемого случая 30 минут и более) при использовании обеих испробованных конструкций светорассеяние снижается до одинакового уровня (для фиг.15 - приблизительно 200 относительных единиц), что позволяется сделать вывод о том, что светорассеяние в этом случае обусловлено оптическими неоднородностями чистого масла, (без загрязняющих частиц). Проведенное экспериментальное исследование подтверждает более эффективную очистку масла при использовании заявляемой полезной модели с указанным выше параметрами патрубка ввода по сравнению с устройством, конструкция которого представлена на фиг.2. Это позволяет предположить, что оптимизация параметров патрубка ввода, выполненная численным методом с заданными условиями и приближениями, позволяет правильно выбрать необходимые параметры конструкции устройства. Поэтому можно также предположить, что эффективность очистки масла при использовании заявляемой конструкция будет выше, чем при использовании конструкции, рассмотренной выше (фиг.6-13), приблизительно соответствующей прототипу. Таким образом, создание конструкции, обеспечивающей равномерное течение масла в электростатическом фильтре, позволяет увеличить производительность очисти.
Гравитационный отстойник был изготовлен в виде конуса с углом 30° в соответствии с параметрами заявляемой полезной модели. Верхний край гравитационного отстойника в изготовленном образце расположен на 20 мм ниже оси входного патрубка. Экспериментально подтверждена эффективность работы гравитационного отстойника на твердых частицах с диаметром более 100 мкм и удельной плотностью вещества частиц 2000 кг на 1 м3 и более.
Таким образом, заявляемая конструкция полезной модели показала лучшую эффективность очистки масла при использовании электростатического фильтра с указанными выше параметрами, чем другие конструкции, в частности, конструкции, близкие по параметрам к прототипу.
Устройство для электростатической очистки технического масла от загрязняющих частиц, состоящее из электростатического фильтра, выполненного в виде четырех вложенных коаксиальных цилиндров с зазором между электродами 30 мм, зазоры заполнены гофрированной фильтровальной бумагой в два слоя, наружный диаметр электростатического фильтра равен 250 мм, высота фильтра от 350 до 400 мм, металлического бака цилиндрической формы, внутри которого размещен электростатический фильтр, оси бака и электростатического фильтра совпадают, электростатический фильтр помещен в бак с зазором между стенкой бака и наружной поверхностью фильтра, крышки бака, патрубков ввода и вывода масла, расположенных внизу и вверху бака соответственно, а также гравитационного отстойника крупных частиц, отличающееся тем, что
ось патрубка ввода масла расположена в плоскости, проходящей через ось электростатического фильтра и центр входного патрубка при его пересечении со стенкой бака, угол наклона патрубка выбран равным 10° относительно нормали к оси фильтра, причем нижняя часть патрубка внутри бака расположена выше нижней части патрубка при его пересечении со стенкой бака;
диаметр входного патрубка выбран равным 25 мм, длина нижней поверхности входного патрубка внутри бака от внутренней стенки до конца патрубка выбрана равной 10 мм;
выходное отверстие входного патрубка в баке выполнено скошенным с углом наклона приблизительно равным 37° относительно оси патрубка в плоскости, проходящей через ось патрубка и ось фильтра, причем верхняя часть скошенной поверхности соприкасается с внутренней поверхностью бака, нижняя часть скошенной поверхности пересекает выходное отверстие патрубка по диаметру в плоскости, перпендикулярной оси фильтра;
гравитационный отстойник выполнен в виде конуса с углом 30° относительно нормали к оси бака; отстойник снабжен краном слива внизу конуса; верхний край конуса находится ниже входного патрубка.
